高考物理总复习 实验四 验证牛顿运动定律配套课件.ppt

实验四 验证牛顿运动定律 1 实验目的 学会用控制变量法来研究物理规律 探究加 速度与力 质量的关系 进而验证牛顿第二定律 2 实验原理 探究加速度a与力f及质量m的关系时 应用的基本方法是控制变量法 即先控制一个参量 小车的质量m不变 讨论加速度a与力f的关系 再控制桶和砂的质量不变 即力f不变 改变小车质量m 讨论加速度a与m的关系 3 实验器材 打点计时器 纸带及复写纸 小车 一端附有滑轮的长木板 小桶 细绳 砂 低压交流电源 天平 刻度尺 砝码 4 实验步骤及器材调整 1 用天平分别测出小车和小桶的质量m和m 把数值记录 下来 2 按图s4 1所示把实验器材安装好 图s4 1 3 平衡摩擦力 在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动其位置 直至不挂小桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止 4 将小桶通过细绳系在小车上 接通电源放开小车 使小车运动 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带 并在纸带上标上号码 5 保持小车的质量不变 改变小桶中的沙量 重复步骤 4 每次记录必须在相应的纸带上做上标记 列表格将记录的数据填写在表内 6 建立坐标系 用纵坐标表示加速度 横坐标表示力 在坐标系上描点 画出相应的图线以验证a与f的关系 7 保持砂及小桶的质量不变 改变小车的质量 在小车上增减砝码 重复上述步骤 5 6 验证a与m的关系 5 数据处理及误差分析 m m 只有这样 才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及小桶的重力 2 在平衡摩擦力时 垫起的物体的位置要适当 长木板形成的倾角既不能太大也不能太小 同时每次改变m时 不再重复平衡摩擦力 样才能使图象更直观 3 在验证a与m的关系时 作图时应将横轴用表示 这 自主检测 1 双选 东莞五校2011届高三联考 某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力f及质量m关系的实验 如图s4 2所示为实验装置简图 他想用钩码的重力表示小车受到的合外力 为了减小这种做法带来的实验误差 你认为下列说法 正确的两项是 a 要平衡摩擦力b 实验时不需要平衡摩擦力c 钩码的重力要远小于小车的总重力 s4 2 d 实验进行时应先释放小车再接通电源答案 ac 2 2013年深圳一模 用图s4 3甲所示的装置做 验证牛 顿第二定律 的实验 甲 乙 丙 丁 图s4 3 1 为了减小长木板对小车摩擦力的影响 必须在长木板 填 远离 或 靠近 滑轮的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车能单独在长木板上做 运动 图象在图丁中画出图象 2 为了验证小车的加速度与其质量的定量关系 必须采用 法 3 保持小车受力不变 测量不同质量的小车在这个力作用下的加速度 某次实验中打出如图乙所示的纸带 打点计时器电源的频率为50hz 则这个加速度值a m s2 4 某同学把实验得到的几组数据画成图丙的a m图象 为了更直观描述物体的加速度跟其质量的关系 请你根据他的 答案 1 远离 匀速直线 2 变量控制 或控制变量 3 0 8 4 如图d15所示 图d15 热点1验证牛顿第二定律 例1 广东五校2011届高三联考 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量m关系的实验 图s4 4所示为实验装置简图 交流电的频率为50hz 打点时间间隔为0 02s 图s4 4 1 图s4 5为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小车的 加速度大小为 m s2 保留两位有效数字 图s4 5 2 保持沙和沙桶质量不变 改变小车质量m 分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据 如何利用这些数据才能比较直观地确定小车加速度a与质量m之间的关系呢 保持小车质量不变 改变沙和沙桶质量 甲 乙两位同学根据实验数据分别作出了加速度a随合力f的变化图线如图s4 6所示 图甲中的图线上部出现了弯曲偏离了原来的直线 其主要原因是 图乙中的图线不通过原点 其主要原是 图s4 6 解析 1 采用逐差法可得小车的加速度大小为 代入数据解得a 3 2m s2 2 在验证小车加速度a与小车质量m的关系时 为使图象数之间的关系图象 3 图s4 6甲中图线后半段偏离直线是没有满足沙和沙桶的质量要远小于车的质量这个条件造成的 图s4 6乙图线存在明显的横截距 说明实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 更直观 作图时应将横轴用表示 即作加速度与小车质量倒 答案 1 3 2 3 沙和沙桶的质量没有远小于车的质量 实验前未平衡 摩擦力 或平衡摩擦力不充分 拓展提升 验证牛顿第二定律的实验一般都会利用打点计时器和小车来进行实验 考查的重点是利用纸带求解速度 加速度及误差分析与如何平衡摩擦力等 2 作加速度与小车质量倒数之间的关系图象 或作a与的关系图象 触类旁通 1 2014年深圳一模 在 探究加速度与质量的关系 实验 中 1 备有器材 a 长木板 b 电磁打点计时器 低压交流电源 纸带 c 细绳 小车 砝码 d 装有细砂的小桶 e 薄木板 f 毫米刻度尺 还缺少的一件器材是 2 实验得到如图s4 7甲所示的一条纸带 相邻两计数点的时间间隔为t b c间距s2和d e间距s4已量出 利用这两段间距计算小车加速度的表达式为 图s4 7 线可得砂和砂桶的总质量为 kg 取g 10m s2 4 同学乙根据实验数据画出了图丙 从图线可知乙同学操作过程中可能 答案 1 天平 2 a s4 s22t2 3 0 02 0 018 0 022均可 4 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 3 同学甲根据实验数据画出如图乙所示的a 图线 从图 热点2 涉及传感器 光电门实验的新题型 例2 泰州2011届一模 光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图s4 8所示 a b分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体从a b间通过时 光电计时器就可以显示物体的挡光时间 图s4 8 现利用如图s4 9所示装置测量滑块与长1m左右的木板间动摩擦因数及被压缩弹簧的弹性势能 图中木板固定在水平面上 木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧 弹簧长度与木板相比可忽略 弹簧右端与滑块接触 1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门 与之连接的两个光电计时器没有画出 现使弹簧解除锁定 滑块获得一定的初速度后 水平向右运动 光电门1 2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2 0 10 2s和5 0 10 2s 已知小滑块的宽度d 5 50cm 图s4 9 1 滑块通过光电门1的速度v1 m s 滑块通过 光电门2的速度v2 m s 2 若用米尺测量出两个光电门之间的距离为l 已知当地的重力加速为g 则滑块与木板间动摩擦因数表达式为 各量均用字母表示 3 若用米尺测量出滑块初始位置到光电门2的距离为s 为测量被压缩弹簧的弹性势能 还需测量的物理量是 说明其含义 并指明代表物理量的字母 被压缩弹簧的弹性势能可表示为 各量均用字母表示 思路导引 由滑块通过光电门的时间 可以求得滑块通过光电门的速度 由于时间极端 可以看做瞬时速度 解析 1 滑块通过第一个光电门的平均速度 滑块通过第二个光电门的平均速度 2 对于滑块由牛顿第二定律得f mg ma a g 3 还需测量的物理量是滑块的质量m 根据功能原理 弹簧压缩最短时的弹性势能ep全部转化为滑块的动能和克服摩擦力做功 滑块由初始位置到光电门2位置时有 答案 1 2 751 10 拓展提升 光电门 光电计时器及传感器在未来高考命题中出现的几率较大 本题叙述过程较复杂 主要涉及的过程 一是弹簧锁定解除 滑块弹出过程 二是滑块运动并经过光电门过程 涉及的知识点 平均速度与瞬时速度的关系 牛顿第二定律 匀变速运动规律 功能原理 本题是近年高考中经常出现的信息题的一种 如何学会正确阅读并找出有效信息和规律是近年高考命题者常思考的一个重要问题 专家们想通过这类命题来引导学生提高阅读和理解能力 学会化繁为简 这也是提高创新能力的重要途径之一 触类旁通 2 2013年潮州二模 某实验小组设计了如图s4 10甲所示的实验装置研究加速度和力的关系 实验装置主要部件为位移传感器的发射器和接收器 分别固定在轨道右端和小车上 通过传感器测定两者间位移变化 从而测出小车的加速度 甲 乙 图s4 10 1 在该实验中采用的方法是 保持小车的总质量不变 用钩码所受的重力作为小车所受拉力 用传感器测小车的加速度 通过改变钩码的数量 多次重复测量 可得小车运动的加速度a和